由若干个刚性构件通过低副(转动副﹑移动副)联接﹐且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构(图1 平面连杆机构示例 )﹐又称平面低副机构。低副具有压强小﹑磨损轻﹑易於加工和几何形状能保证本身封闭等优点﹐故平面连杆机构广泛用於各种机械和仪器中。与高副机构相比﹐它难以準确实现预期运动﹐设计计算复杂。
平面连杆机构中最常用的是四杆机构﹐它的构件数目最少﹐且能转换运动。多於四杆的平面连杆机构称多杆机构﹐它能实现一些复杂的运动﹐但杆多且稳定性差。
曲柄存在条件 动力机的驱动轴一般整周转动﹐因此机构中被驱动的主动件应是绕机架作整周转动的曲柄在形成铰链四杆机构的运动链中﹐a﹑b﹑c﹑d既代表各杆长度又是各杆的符号。当满足最短杆和最长杆之和小於或等於其他两杆长度之和时﹐若将最短杆或其邻杆固定其一﹐则另一杆即为曲柄。
急回係数 在曲柄等速运动﹑从动件变速运动的连杆机构中﹐要求从动件能快速返回﹐以提高效率。即
k 称为急回係数。
压力角 如图2a 铰链四杆机构 中的曲柄摇杆机构﹐若不计运动副的摩擦力和构件的惯性力﹐则曲柄a通过连杆b作用於摇杆c上的力P ﹐与其作用点B 的速度之间的夹角称为摇杆的压力角。压力角越大﹐P 在方向的有效分力就越小﹐传动也越困难﹐压力角的餘角称为传动角。在机构设计时应限制其最大压力角或最小传动角。
死点 在曲柄摇杆机构中﹐若以摇杆为主动件﹐则当曲柄和连杆处於一直线位置时﹐连杆传给曲柄的力不能產生使曲柄迴转的力矩﹐以致机构不能起动﹐这个位置称为死点。机构在起动时应避开死点位置﹐而在运动过程中则常利用惯性来过渡死点。
四杆机构基本型式 四杆机构有两种基本类型。在满足曲柄存在的前提下﹐铰链四杆机构取不同的构件作机架﹐可得到具有不同运动特性的铰链四杆机构﹕例如曲柄摇杆机构﹐双曲柄机构和由它们派生出来的平行四边形机构﹐曲柄滑块机构等。铰链四杆机构中﹐若a为最短杆﹐取杆d或杆b为机架﹐则a为曲柄﹐c为摇杆﹐即得曲柄摇杆机构(图2a 铰链四杆机构 a曲柄摇杆机构
尺寸综合 按给定的从动件运动来决定机构运动简图的尺寸。综合时尚应考虑最小传动角和曲柄存在等条件﹐以保证求得合理可靠的机构。
对从动件的运动要求是多种多样的﹐要综合的问题也各不相同。一般可归结为﹕主动件运动规律一定时﹐要求从动件能实现给定的对应位置或近似实现给定函数的运动规律﹔要求连杆能实现给定的位置﹔要求连杆上某点能近似沿给定曲线运动。其中是研究运动几何学的基本问题﹐据此也可求解近似实现给定曲线的机构。
尺寸综合的主要方法有解析法﹑图解法和实验法。解析法﹕以函数逼近论为基础的代数法。这种方法精度高﹐计算繁复﹐但随著电子计算机的应用和向量﹑复数与矩阵等数学手段的运用﹐60年代以来发展很快﹐常用的有插值法﹑平方逼近法﹑最佳逼近法等。图解法﹕以运动几何学为基础的几何方法。这种方法概念明确﹑简单﹐能以一定精度求解相当范围的问题﹐但精度不如解析法高﹐常用的有运动几何法和在其基础上提出的半角转动法等。实验法﹕用不同机构参数的模型通过反復实验求解机构的尺寸(见机构综合)。
罗伯茨定理 若三个不同尺寸的铰链四杆机构 O 1O 2B 1A 1﹑O 2O 3B 2A 2和O 1O 3B 3A 3(图3 罗伯茨定理 )间有下列关係﹕O 1A 1A 3﹑O 2B 1A 2和O 3B 3B 2是铰链平行四边形﹔ΔA 1B 1ΔB 2 A 2ΔA 3B 3ΔO 1O 2O 3﹐则在各自连杆上的点可画出同一条曲线﹐称为罗伯茨定理。在综合再现给定轨跡的铰链四杆机构时﹐当设计出的机构不能满足传动角大小和安装位置等其他条件时﹐用罗伯茨定理可得出另两个不同尺寸的机构﹐以利於选择。
